Regelkreis

Blockschaltbild eines einfachen Standardregelkreises, bestehend aus der Regelstrecke, dem Regler und einer negativen Rückkopplung der Regelgröße y (auch Istwert). Die Regelgröße y wird mit der Führungsgröße (Sollwert) w verglichen. Die Regeldifferenz e = w – y wird dem Regler zugeführt, der daraus entsprechend der gewünschten Dynamik des Regelkreises eine Stellgröße u bildet. Die Störgröße d wirkt meistens auf den Ausgang der Regelstrecke, sie kann aber auch auf verschiedene Teile der Regelstrecke Einfluss nehmen.

Als Regelkreis wird der in sich geschlossene Wirkungsablauf für die Beeinflussung einer physikalischen Größe in einem technischen Prozess bezeichnet. Er bildet nicht nur die Grundlage der Regelungstechnik, sondern findet sich auch häufig in natürlichen Systemen. Wesentlich hierbei ist - im Gegensatz zur Steuerung - die Rückführung des aktuellen Wertes an den Regler, der einer Abweichung der Regelgröße (Istwert) vom Sollwert (Führungsgröße) kontinuierlich entgegenwirkt (negative Rückkopplung). Zur Beschreibung wird der Regelkreis in einzelne Übertragungsglieder zerlegt (siehe nebenstehendes Blockschaltbild).

Die mit dem Regelkreis geregelte Ausgangsgröße verhält sich robust gegenüber angreifenden Störgrößen an der Regelstrecke. Es ist Aufgabe des Reglers, das Zeitverhalten der Regelgröße bezüglich des statischen und dynamischen Verhaltens gemäß vorgegebener Anforderungen festzulegen. Zur Erfüllung widersprechender Anforderungen wie gutes Führungs- und Störverhalten sind gegebenenfalls aufwändigere Regelkreisstrukturen erforderlich.

Ein stabiler Regelkreis kann bei Parameteränderungen instabil werden, selbst wenn die einzelnen Bestandteile des Regelkreises für sich genommen stabil sind. Andererseits kann sich ein Regelkreis auch stabil verhalten, wenn einzelne Bestandteile instabil sind. Statische Regler versagen oft bei größeren langsamen Änderungen. In diesem Fall wird eine adaptive Regelung eingesetzt, bei der sich die Kenngrößen dynamisch an den Prozessverlauf anpassen können.

Durch moderne Elektronik gelingt die Realisierung beliebig komplexer Reglerstrukturen mit vertretbarem wirtschaftlichem Aufwand. Vielfach werden anstelle analoger Regler digitale Regler verwendet und eventuell mit digitalen Mess- und Stellgliedern kombiniert. Die Digitalsignale sind Wert- und zeitdiskrete Signale. Diese Regelkreise verhalten sich wie analoge Regelkreise, wenn die Auflösung und Abtastrate hoch genug ist.

Siehe auch

• Regelkreis - Artikel in der deutschen Wikipedia

Literatur

•  Gerd Schulz: Regelungstechnik 1: Lineare und Nichtlineare Regelung, Rechnergestützter Reglerentwurf. 3. Auflage. Oldenbourg, 2007, ISBN 978-3-486-58317-5.
•  Manfred Reuter, Serge Zacher: Regelungstechnik für Ingenieure: Analyse, Simulation und Entwurf von Regelkreisen. 12. Auflage. Vieweg+Teubner, 2008, ISBN 978-3-8348-0018-3.
•  Günter Ludyk: Theoretische Regelungstechnik 1. Grundlagen, Synthese linearer Regelungssysteme. Springer, Berlin 1995, ISBN 3-540-55041-0.
•  Günter Ludyk: Theoretische Regelungstechnik 2. Zustandsrekonstruktion, optimale und nichtlineare Regelungssysteme. Springer, Berlin 1995, ISBN 3-528-08911-3.
•  Jan Lunze: Regelungstechnik 1: Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleifiger Regelungen. 7. Auflage. Springer, 2008, ISBN 978-3-540-68907-2.
•  Heinz Unbehauen: Regelungstechnik I: Klassische Verfahren zur Analyse und Synthese linearer kontinuierlicher Regelsysteme, Fuzzy-Regelsysteme. 15. Auflage. Vieweg+Teubner, 2008, ISBN 978-3-8348-0497-6.
•  Holger Lutz, Wolfgang Wendt: Taschenbuch der Regelungstechnik: mit MATLAB und Simulink. 10. Auflage. Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2014, ISBN 978-3-8085-5679-5.